[发明专利]一种BUCK-BOOST变换器的控制方法

说明书

本发明属于模拟电路技术领域，具体的说是涉及一种BUCK‑BOOST变换器的控制方法。本发明在每个周期A+C导通阶段前插入一小段A+D导通时间。确保在将SW1充至VIN且开关B的体二极管反向恢复时间结束之后，再进入A+C导通阶段。在A+C导通阶段开关A中的电流一直等于电感中的电流。系统不再需要将电流采样信号屏蔽一段时间，从而减小了A+C导通的最小时间，降低了电感电流的纹波。

技术领域

本发明属于模拟电路技术领域，具体的说是涉及一种BUCK-BOOST变换器的控制方法。

背景技术

BUCK-BOOST是电感式开关升降压DCDC电压稳压器的简称。其基本原理如图1所示。MOS开关ABCD和电感组成了功率级电路。控制电路让ABCD按着一定的时序交替工作，在保持输出电压VOUT恒定的同时，利用储能原件电感将能量由输入VIN搬移的输出VOUT。

在VINVOUT时，开关D一直导通C一直关断，开关AB交替导通关断。系统工作在简单的降压模式(BUCK模式)。在VINVOUT时，开关A一直导通B一直关断，开关CD交替导通关断。系统工作在简单的升压模式(BOOST模式)。

当VIN接近VOUT时，需要开关ABCD按照特定的时序交替导通，系统工作在升降压模式(BUCK-BOOST模式)来保持VOUT的恒定。经过几代产品的发展，峰值电流模成为BUCK-BOOST模式的一个新的控制趋势。

典型的峰值电流模BUCK-BOOST系统框图如图2所示。内部参考电压VREF和VOUT电压反馈信号VFB通过差分放大后产生电流控制信号Vc，电感电流采样信号流经Rsns后产生VSNS。VSNS和Vc进行比较，产生脉冲宽度调制信号PWM。Timer电路通过监测VIN和VOUT电压，产生T1和T2信号。PWM，T1和T2共同控制开关ABCD，实现VOUT的稳压。

当VIN接近VOUT时，电路工作在的BUCK-BOOST模式。每个开关周期开始时，开关A和C导通，电感电流随时间而线性增加。当电感电流采样信号VSNS达到Vc设定的峰值时，PWM信号将开关C关断，开关D导通。同时Timer2电路开始计时，当到达预设的时间后，T2信号将开关A关断，开关B导通。同时Timer1电路开始计时，当到达预设的时间后，T1信号将开关BD关断，开关AC导通，系统进入下一个开关周期。开关信号和电感电流信号如图3所示。

电感在A+C导通阶段的充电电压为VIN，在A+D导通阶段的充电电压为VIN-VOUT，在B+D导通阶段的放电电压为VOUT。因为在BUCK-BOOST工作模式时VIN和VOUT比较接近，所以电感电流的纹波电流大小主要由A+C和B+D的时间决定。对于峰值电流模控制方式，A+C的导通时间环路PWM调制的结果，B+D的时间是依据电感伏秒平衡原理，根据电路能达到的最小的A+C导通时间设定的。所以本质上电感电流的纹波大小是由A+C的最小导通时间决定的。

影响A+C最小导通时间的因素有两个。第一个因素是比较器COMP1的传输延迟。第二个是因素是由开关ABCD的动作时序和实际电路中的寄生电容电感引起的。在每个周期开始且开关A导通之前，开关B会先关断以防止AB的串通。开关B的寄生体二极管会自动导通以维持电感中的电流，SW1节点会被拉到-0.7V。如图4所示，当AC开始导通时，SW1电压会被A管拉高至VIN。流经A管的电流将包含电感电流I_IND，开关B的体二极管的反向恢复电流IRR，以及VIN通过A管将SW1节点的寄生电容Cpar充到VIN电压的电流I_PAR。由于实际应用中VIN通路中寄生电感Lpar的存在，IRR+I_PAR会震荡衰减到零。为了避免这个震荡电流对环路工作的干扰，在每个开关周期开始时需要将VSNS屏蔽一段时间，等IRR+I_PAR衰减到足够小后再使能电流采样电路。在实际的电路设计中，VSNS的屏蔽时间大于COMP1的传输延迟，是影响A+C最小导通时间的主要因素。

电感纹波电流偏大时，会使系统效率降低，EMI干扰变大。同时输入输出电压纹波都比较大，需要增加滤波电容来抑制，从而使得成本增加。

发明内容